(57)【要約】  保護層による封止形態を採用する場合において、青色を発光する有機ＥＬ素子の発光効率が向上する有機ＥＬ素子を提供する。  複数の有機ＥＬ素子（１１，１２，１３）と、その複数の有機ＥＬ素子を覆う保護層６と、を有し、有機ＥＬ素子の第２の電極４と保護層６との間に、光学調整層５を有し、光学調整層５は第２の電極４に接する第１の光学調整層と、第１の光学調整層と接する第２の光学調整層とを有し、前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層は、互いに異なる屈折率を有し、前記複数の有機ＥＬ素子に渡ってそれぞれ共通の膜厚で配置され、かつ、それぞれの膜厚は、前記青色の有機ＥＬ素子の発光層から発する光において、前記第２の電極と前記第１の光学調整層の界面で反射される際の位相と、前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層の界面で反射される際の位相と、前記第２の光学調整層の前記保護層側の界面で反射される際の位相とが同じになる膜厚である。
2011055440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と発光層を有する有機化合物層と第２の電極とを順に有する複数の有機ＥＬ素子と、前記複数の有機ＥＬ素子を覆う保護層と、を有し、前記複数の有機ＥＬ素子は、青色を発光する有機ＥＬ素子と、緑色を発光する有機ＥＬ素子と、赤色を発光する有機ＥＬ素子とを含む表示装置であって、
前記第２の電極と前記保護層との間に、前記第２の電極に接する第１の光学調整層と、前記第１の光学調整層と接する第２の光学調整層とを有し、
前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層は、互いに異なる屈折率を有し、前記複数の有機ＥＬ素子に渡ってそれぞれ共通の膜厚で配置され、かつ、それぞれの膜厚は、前記青色の有機ＥＬ素子の発光層から発する光において、前記第２の電極と前記第１の光学調整層の界面で反射される際の位相と、前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層の界面で反射される際の位相と、前記第２の光学調整層の前記保護層側の界面で反射される際の位相とが同じになる膜厚であることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１の光学調整層の膜厚ｄ１は、前記青色を発光する有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長λ、前記最大ピーク波長λにおける前記第１の光学調整層の屈折率ｎ１、前記青色を発光する有機ＥＬ素子から取り出される光が前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量φ１、自然数ｍ１に対して、
（４ｍ１−２φ１／π−１）λ／（８ｎ１）＜ｄ１＜（４ｍ１−２φ１／π＋１）λ／（８ｎ１）
を満たし、前記第２の光学調整層の膜厚ｄ２は、前記最大ピーク波長λ、前記最大ピーク波長λにおける前記第２の光学調整層の屈折率ｎ２、自然数ｍ２に対して、
（４ｍ２−１）λ／（８ｎ２）＜ｄ２＜（４ｍ２＋１）λ／（８ｎ２）
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第２の電極は、膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の金属からなる電極であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第２の電極は、Ａｇを含むことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第２の光学調整層は、前記保護層と接し、前記第２の光学調整層の屈折率は、前記保護層の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記第２の光学調整層の屈折率と前記保護層の屈折率の差は１．０以上であることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１の光学調整層の屈折率は１．５より大きく、前記第２の光学調整層の屈折率は１．５以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記第２の光学調整層と前記保護層とに接する第３の光学調整層を有し、前記第３の光学調整層は、前記第２の光学調整層とは屈折率が異なり、前記第３の光学調整層の膜厚ｄ３は、前記最大ピーク波長λ、前記最大ピーク波長λにおける前記第３の光学調整層の屈折率ｎ３、自然数ｍ３に対して、
（４ｍ３−１）λ／（８ｎ３）＜ｄ３＜（４ｍ３＋１）λ／（８ｎ３）
を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記第３の光学調整層の屈折率は、前記保護層よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第３の光学調整層の屈折率と前記保護層の屈折率との差は１．０以上であることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記第１の光学調整層の屈折率は１．５以下であり、前記第２の光学調整層の屈折率は１．５より大きく、前記第３の光学調整層の屈折率は１．５以下であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記第１の光学調整層の屈折率と前記第２の光学調整層の屈折率の差は、０．２以上であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記第２の光学調整層の屈折率と前記第３の光学調整層の屈折率の差は、０．２以上であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
表示装置に関するもので、発光効率の向上を目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、基板側に配置される第１の電極と、発光層を含む有機化合物層と、第２の電極とが積層されて構成されている。有機ＥＬ素子の課題として、発光効率の向上が挙げられる。この課題に対して、特許文献１では、有機ＥＬ素子の上部に有機キャッピング層を積層することで、高効率化を達成している。【０００３】
一方、有機ＥＬ素子は空気中の水分や酸素との反応で腐食や酸化を起こしやすいため封止を行う必要がある。この封止の形態には大きく分けて２種類有り、ドライエアを充填して封止キャップで封止する形態と、水分や酸素を通さない保護層で有機ＥＬ素子を覆う形態がある。特許文献２では保護層としてシリコン窒化酸化物（ＳｉＯＮ）／有機材料／シリコン窒化酸化物（ＳｉＯＮ）で有機ＥＬ素子を覆っている。【０００４】
しかし、特許文献１のように有機ＥＬ素子の上部に有機キャッピング層を積層する構成において、保護層による封止形態を採用すると、有機キャッピング層と保護層の界面では大きな屈折率差が生じない。そのため保護層による封止形態の場合には、特許文献１の効果を得ることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５６３９０号公報
【特許文献２】特開２００２−０３２５７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、保護層による封止形態を採用する場合において、発光効率が向上する表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１の電極と発光層を有する有機化合物層と第２の電極とを順に有する複数の有機ＥＬ素子と、前記複数の有機ＥＬ素子を覆う保護層と、を有し、前記複数の有機ＥＬ素子は、青色を発光する有機ＥＬ素子と、緑色を発光する有機ＥＬ素子と、赤色を発光する有機ＥＬ素子とを含む表示装置であって、前記第２の電極と前記保護層との間に、前記第２の電極に接する第１の光学調整層と、前記第１の光学調整層と接する第２の光学調整層とを有し、前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層は、互いに異なる屈折率を有し、前記複数の有機ＥＬ素子に渡ってそれぞれ共通の膜厚で配置され、かつ、それぞれの膜厚は、前記青色の有機ＥＬ素子の発光層から発する光において、前記第２の電極と前記第１の光学調整層の界面で反射される際の位相と、前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層の界面で反射される際の位相と、第２の光学調整層の保護層側の界面で反射される際の位相とが同じになる膜厚であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
保護層による封止形態を採用する場合において、発光効率が向上する表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態を説明する概略図
【図２】２種類の封止形態における、有機キャッピング層の膜厚と発光効率の関係を示す図
【図３】薄膜銀における反射率の波長分散を示す図
【図４】本発明の実施形態における第１の光学調整層の膜厚と発光効率の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る有機ＥＬ素子および表示装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。また以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。
【００１１】
図１（ａ）は、本発明の表示装置の概略断面図である。表示装置は、基板１上に、青色を発光する有機ＥＬ素子１１と、緑色を発光する有機ＥＬ素子１２と、赤色を発光する有機ＥＬ素子１３とを有している。各有機ＥＬ素子は、第１の電極２と、発光層を有する有機化合物層３と、第２の電極４とを順に有している。そして、各有機ＥＬ素子の上には保護層６が配置されている。また、有機ＥＬ素子が発する光は第２の電極４側から取り出される。なお、各有機ＥＬ素子の間には隔壁７が配置されている。
【００１２】
また基板１に垂直な方向に積層される第２の電極４と保護層６との間に光学調整層５が配置されている。光学調整層５は、複数の層からなり、隣り合う層どうしは互いに異なる屈折率を有している。この構成は、以下の封止形態の比較により見出したものである。
【００１３】
封止形態の比較は、具体的には、第２の電極４の上部に有機キャッピング層を設けた有機ＥＬ素子の構成において、封止キャップで封止する形態と保護層で封止する形態との比較である。この比較を、青色を発光する有機ＥＬ素子に関して、有機キャッピング層の膜厚と発光効率との関係を示す図２を用いて説明する。封止キャップで封止した場合（図２の丸印）は、有機キャッピング層とドライエアの屈折率差が大きいため、その界面で大きな反射率が得られ、有機キャッピング層内部での青色の光を強め合う光学干渉効果によって効率が変化する。しかしながら、保護層で封止した場合（図２の四角）は、有機キャッピング層の膜厚が発光効率に与える影響は小さい。なぜなら、有機キャッピング層と保護層の屈折率差が小さいために、その界面における反射率が小さく、有機キャッピング層内部で青色の光を強め合う光学干渉効果が十分に得られないためである。なお、各材料のおおよその屈折率は、有機キャッピング層（Ａｌｑ３）が１．８、ドライエア（空気）は１．０、保護層（ＳｉＮ）は１．８程度である。保護層の屈折率は材料、成膜手法、成膜条件、成膜雰囲気によって１．６乃至２．１程度まで変化するが、有機キャッピング層と保護層の屈折率差は、有機キャッピング層とドライエアとの間の屈折率差には及ばない。
【００１４】
このため、本発明では、隣り合う層の屈折率が異なる、複数の層で構成される光学調整層を用いている。この構成により、光学調整層内で、複数の反射面が形成され、その反射面での反射光と有機ＥＬ素子中の発光層が発する光との光学干渉を利用することによって発光効率を向上させることができる。このとき、隣り合う層どうしの屈折率差は０．２以上であることが望ましい。
【００１５】
また、光学調整層５と保護層６は、複数の有機ＥＬ素子（有機ＥＬ素子１１と有機ＥＬ素子１２と有機ＥＬ素子１３）に渡って共通の膜厚で配置されている。この構成により、有機ＥＬ素子の発する色ごとでパターニング形成する必要がなく、プロセスが簡易になる。そして、光学調整層５を構成する各層の膜厚は青色（波長帯域４００ｎｍ乃至５００ｎｍ）の反射率を高めるよう設定されている。具体的には、青色を発光する有機ＥＬ素子の発光層内で発光する光が、光学調整層５を構成する各層の界面や光学調整層５と第２の電極４の界面などで反射される際の位相を同じにすることで、光学調整層での合計の反射率が大きくなる。なお、２つの位相が同じとは、２つの位相差がπ／４以下であることを言う。
【００１６】
光学調整層５を青色波長帯域の光の反射率を上げるよう設定する１つの理由として、青色を発光する発光材料として他の色の発光材料よりも開発が進んでいない現状がある。よって、燐光材料の開発が進んでいる赤色、緑色に対して、青色は相対的に発光効率が低くなっている。さらには青色の発光材料の寿命は他の色のものと比べて相対的に短いため、光学調整層による光学干渉を利用することで光取り出し効率を向上させ、駆動電流量を下げることで青色の発光材料の寿命向上にもつながる。
【００１７】
もう１つの理由として、光取り出し電極となる第２の電極を５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の金属薄膜で構成する場合には、その第２の電極の反射率が低波長領域で小さいことが挙げられる。図３はＡｇ薄膜１０ｎｍでの反射率の波長分散を示した図である。この図から分かるように、短波長側の反射率が長波長側よりも小さくなっている。このため青色を発光する有機ＥＬ素子の干渉効果が小さくなり、光取り出し効率が、他の色よりも相対的に小さいことが考えられる。これは、Ａｇを含む金属薄膜を用いる場合には顕著であるが、膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の金属薄膜は総じて短波長側ほど反射率が低いため、Ａｇ薄膜あるいはＡｇを含む金属薄膜に限られるわけではない。
【００１８】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、有機化合物層３にある発光層で生じて第１の電極２にある反射面で反射される光と発光層で生じ第２の電極４の反射面で反射される光が干渉して強め合う光学干渉を利用する場合においても適用できる。この場合、第１の電極２にある反射面と第２の電極４にある反射面との間の光学距離Ｌが、以下の式１を満たすように設計される。ここで、λは、有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、θは第１の電極２の反射面での位相シフト量と第２の電極４の反射面での位相シフト量の和、Ｎは自然数である。なお光学距離とは膜厚と屈折率の積である。
２Ｌ／λ＋θ／２π＝Ｎ  ・・・式１
【００１９】
しかし、有機化合物層３の成膜時には成膜誤差が生じてしまい、式１を満たさない場合がある。しかしながら、光学距離Ｌが式１を満たす位置から±λ／８程度ずれたとしても、第１の電極２にある反射面と第２の電極４にある反射面との間の光学干渉は、波長λにおいて強め合う光学干渉となる。よって、第１の電極２にある反射面と第２の電極４にある反射面との間の光学距離Ｌは以下の式１’を満たすようにすればよい。以降、式１’を満たす有機ＥＬ素子を、共振器構造を有する有機ＥＬ素子という。共振器構造を有する有機ＥＬ素子の場合、各発光スペクトルに応じて有機層膜厚を決定するのが好ましい。
（４Ｎ−２θ／π−１）λ／８＜Ｌ＜（４Ｎ−２θ／π＋１）λ／８・・・式１’
より好ましくは、光学距離Ｌが式１を満たす値から±λ／１６の範囲を満たすことが好ましい。
【００２０】
基板１はＴＦＴ等のスイッチング素子（不図示）が形成された絶縁性の基板であり、ガラス、プラスチック等からなる。
【００２１】
第１の電極２は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇなどの金属単体やそれらの合金からなる金属層を用いることができる。さらに、酸化インジウムと酸化錫の化合物層や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物層などの透明酸化物導電層を金属層の上に積層する構成を採ることもできる。第１の電極２が金属層のみからなる場合は、第１の電極２にある反射面は、金属層（第１の電極２）と有機化合物層３との界面である。第１の電極２が金属層と透明酸化物導電層との２層からなる場合は、第１の電極２にある反射面は、金属層と透明酸化物導電層との界面である。第１の電極２の膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。なお、透明とは、可視光域（波長４００ｎｍ乃至７８０ｎｍ）において５０％以上の光透過率を有することをいう。
【００２２】
有機化合物層３は、少なくとも発光層を有し、必要に応じて正孔輸送層や電子輸送層などの電荷輸送層を有してもよく、さらには正孔ブロッキング層等を有してもいてよい。各層には公知の材料が使用することができ、成膜手法も蒸着や転写等公知の成膜手法を用いることができる。なお、有機化合物層の膜厚を発光色毎に最適化することで、各色の有機ＥＬ素子の発光効率を上げることができる。
【００２３】
第２の電極４は、酸化インジウムと酸化錫の化合物層や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物層などの透明酸化物導電層やＡｌ、Ｃｒ、Ａｇなどの金属単体やそれらの合金からなる金属薄膜を使用することができる。特にＡｇを含む金属薄膜は吸収率が低く、比抵抗も低いため、第２の電極４として好ましい。金属薄膜を第２の電極４として用いる場合には、その膜厚が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２の電極４が金属層である場合は、第２の電極４にある反射面は、金属層（第２の電極４）と有機化合物層３との界面である。第２の電極４が透明酸化物導電層である場合は、第１の電極２にある反射面は、透明酸化物導電層と光学調整層５との界面である。
【００２４】
保護層６は、材料や成膜手法は公知のものを使用することができる。一例としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）をＣＶＤ装置で成膜する方法が挙げられる。また酸化チタンも用いることができる。なお、保護層６の膜厚は封止性能を出すために一般的にミクロンオーダであり、光学干渉効果が効かない膜厚である。
【００２５】
光学調整層５は、特に制限は無く、有機材料、無機材料のどちらでもよい。例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＣＦｘ、有機化合物層３を構成するいずれかと同じ材料が挙げられる。ただし、隣リ合う光学調整層間において屈折率差が大きい方（屈折率差が０．２以上）が、反射率が大きくなるため、光学的な調整を行ううえで好ましい。なお、屈折率ｎＡの媒質から屈折率ｎＢの媒質に光が入射する際の界面における反射率Ｒの式が式２で表されている。
Ｒ＝（ｎＡ−ｎＢ）２／（ｎＡ＋ｎＢ）２  ・・・式２
【００２６】
また、光学調整層は、高屈折率層（屈折率が１．７より大きい）と低屈折率層（屈折率が１．７以下）が交互に積層された構成であることが望ましい。また、光学調整層内の、保護層６と接する層の屈折率は保護層６の屈折率よりも大きいことが好ましく、その屈折率差は０．５以上であることが好ましい。
【００２７】
（実施形態１）
以下、実施形態１について、図１（ｂ）を用いて説明する。図１（ｂ）は、１つの有機ＥＬ素子のより詳細な断面図である。この有機ＥＬ素子は、第１の電極２と、発光層３１を含む有機化合物層３と、第２の電極４とを基板１から順に有している。そして、第２の電極４の上には光学調整層５と保護層６が配置されている。光学調整層５と保護層６は、複数の有機ＥＬ素子にわたって、それぞれ共通の膜厚で配置されている。
【００２８】
図１（ｂ）から分かるように、光学調整層５は、第２の電極４に接する第１の光学調整層５１と、第１の光学調整層５１と接する第２の光学調整層５２と、第２の光学調整層５２と保護層６とに接する第３の光学調整層とを有している。また、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２と第３の光学調整層５３は、それぞれ共通の膜厚で複数の有機ＥＬ素子に渡って配置されている。また、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２とは互いに異なる屈折率を有し、第２の光学調整層５２と第３の光学調整層５３とは互いに異なる屈折率を有している。第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２との屈折率差に関して０．２以上あると好適である。さらに、第２の光学調整層５２と第３の光学調整層５３との屈折率差は０．２以上であることが望ましい。また、第１の光学調整層５１と第３の光学調整層５３の屈折率は１．５より大きく、第２の光学調整層５２は１．５以下であることが望ましい。以上のような屈折率の構成とすると、光学調整層の各層は、より光学調整層間、あるいは光学調整層と保護層との間で、より大きい反射率を有する反射面を構成することができるので望ましい。
【００２９】
また、光学調整層５は低屈折率層（屈折率が１．５以下）と高屈折率層（屈折率が１．７以上）を交互に積層させると反射率が上がりやすいため好適である。この場合、界面における反射、透過の位相シフト量を考慮すると、第２の光学調整層５２と第３の光学調整層５３の膜厚ｄ２、ｄ３はそれぞれ式３，式４を満たしている。ここで、λは青色を発光する有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長であり、ｎ２、ｎ３は最大ピーク波長λにおける第２の光学調整層の屈折率、第３の光学調整層の屈折率である。またｍ２、ｍ３は自然数である。なお、青色の有機ＥＬ素子から取り出される光の最大ピーク波長は、発光材料によるが、４３０ｎｍ乃至４８０ｎｍ程度である。
ｄ２＝（２ｍ２−１）λ／４ｎ２  ・・・式３
ｄ３＝（２ｍ３−１）λ／４ｎ３  ・・・式４
【００３０】
なお、本発明では、膜厚ｄ２、ｄ３が式３、式４を満たす値から±λ／８程度ずれた場合であっても、光学調整層の反射率の向上に繋がるので、第２の光学調整層５２と第３の光学調整層５４の膜厚ｄ２、ｄ３はそれぞれ式３’，式４’を満たすようにすればよい。
（４ｍ２−３）λ／（８ｎ２）＜ｄ２＜（４ｍ２−１）λ／（８ｎ２）  ・・・式３’
（４ｍ３−３）λ／（８ｎ３）＜ｄ３＜（４ｍ３−１）λ／（８ｎ３）  ・・・式４’
より好ましくは、膜厚ｄ２、ｄ３が式３、式４を満たす値から±λ／１６程度ずれた範囲内にあることが好ましい。
【００３１】
また、第１の光学調整層５１の膜厚は、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２との界面における反射が適切に機能する膜厚にすればよい。より具体的には青色を発光する有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長λ、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２の界面から発光層３１内の発光点までの光学距離ｔ１が式５を満たせばよい。ここで、φ１は青色を発光する有機ＥＬ素子の発する光が第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２との界面で反射される際の位相シフト量で、ｍ１は自然数である。なお、有機ＥＬ素子の発光が分布を持っている場合、発光点とは本発明においては発光分布における極大点とする。
２ｔ１／λ＋φ１／２π＝ｍ１・・・式５
【００３２】
なお、本発明では、式５から±λ／８程度ずれた場合であっても、光学調整層の反射率の向上に繋がるので、光学距離ｔ１はそれぞれ式５’を満たすようにすればよい。
（４ｍ１−２φ１／π−１）λ／８＜ｔ１＜（４ｍ１−２φ１／π＋１）λ／８・・・式５’
【００３３】
また、共振器構造を有する有機ＥＬ素子においては、第２の電極が金属薄膜で構成される場合には、有機ＥＬ素子と第１の光学調整層５１とを別々の光学干渉に分離させることが可能となる。よって、共振器構造を有する有機ＥＬ素子では、第１の光学調整層の膜厚ｄ１は、以下の式６を満たしている。ここで、λは青色を発光する有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長であり、ｎ１はその最大ピーク波長λにおける第１の光学調整層５１の屈折率である。
２ｎ１ｄ１／λ＋φ１／２π＝ｍ１・・・式６
【００３４】
なお、式６から±λ／８程度ずれた場合であっても、光学調整層の反射率の向上に繋がるので、第１の光学調整層５１の膜厚ｄ１はそれぞれ式６’を満たすようにすればよい。
（４ｍ１−２φ１／π−１）λ／（８ｎ１）＜ｄ１＜（４ｍ１−２φ１／π＋１）λ／（８ｎ１）  ・・・式６’
より好ましくは、膜厚ｄ１が式６を満たす値から±λ／１６程度ずれた範囲に収まるのがよい。
【００３５】
そして、第１の光学調整層５１の膜厚ｄ１と第２の光学調整層５２の膜厚ｄ２とが、それぞれ式６’と式３’とを満たせば次のことが言える。つまり、青色の有機ＥＬ素子の発光層で生じた光が、第２の電極４と第１の光学調整層５１の界面で反射される際の位相と、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２の界面で反射される際の位相とがそろう。さらに、この位相と青色の有機ＥＬ素子の発光層で生じた光が、第２の光学調整層５２と第３の光学調整層５３の界面（第２の光学調整層５２の保護層側の界面）で反射される際の位相ともそろう。よって、青色の有機ＥＬ素子の発光層３１で生じた光の、光学調整層での合計の反射率が大きくなり、発光効率が向上する。特に、式６’と式３’を満たされる場合には、波長λに関する光学調整層の反射率が向上し、発光効率が向上する。さらに、第３の光学調整層５３の膜厚ｄ３が式４’を満たすと、青色の有機ＥＬ素子の発光層で生じて保護層側に向かう光が、上記した各界面で反射される際の位相と第３の光学調整層５３と保護層６との界面で反射される際の位相とがそろう。このため、青色の有機ＥＬ素子の発光効率がさらに向上する。
【００３６】
位相シフト量φ１は、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２の屈折率の大小で決まる。つまり、第１の光学調整層５１が第２の光学調整層５２よりも屈折率が大きい場合には、位相シフト量φ１はπであり、その逆であれば、位相シフト量φ１はゼロである。
【００３７】
このように光学調整層の各層の膜厚が上記した式を満たすことで、各層の界面や光学調整層と第２の電極との界面、光学調整層と保護層との界面などで反射される際の位相が同じにすることができる。
【００３８】
以下では、本実施形態の一例として、最大ピーク波長４６０ｎｍの発光スペクトルを有する青色有機ＥＬ素子を用いて、その発光効率を高めるよう、第１の光学調整層５１の膜厚を調整する例を挙げる。第１の光学調整層５１、第２の光学調整層５２、第３の光学調整層５３の材料として、それぞれＡｌｑ３、ＳｉＯ２、酸化インジウム亜鉛を用い、保護層６にはＳｉＮを用いる。なお、波長４６０ｎｍでの光学調整層、保護層の屈折率は表１に示されている。屈折率の算出に関しては分光エリプソメトリー等の光学機器を用いればよい。また、表１に示すように、第２の光学調整層５２膜厚は、ｍ２＝１で式３’を満たし、第３の光学調整層５３の膜厚は、ｍ３＝２で式４’を満たすように設定した。
【００３９】
第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２の屈折率の関係からφ１＝０であるため、自然数ｍ１＝１で式５を満たす、発光点から第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２の界面までの光学距離ｔ１は約２３０ｎｍであればよい。本実施形態では、光学干渉を考慮して、発光点（ここでは、発光層３１の第１の電極２側の界面である）から第２の電極４と第１の光学調整層５１との界面までの光学距離を約１２２ｎｍとしているため、第１の光学調整層５１の光学距離は約１０８ｎｍが好適となる。本実施形態における第１の光学調整層の屈折率は１．８であるため、光学距離を約１０８ｎｍとするには、膜厚は約６０ｎｍとなる。この膜厚は、式６’を満たす膜厚である。
【００４０】
【表１】
2011055440.tif 000003
【００４１】
なお、第１の光学調整層５１の膜厚と発光効率の関係を図４（ａ）に示すが、第１の光学調整層５１の膜厚が６０ｎｍで発光効率の極大値として４．１０ｃｄ／Ａが出ることがわかる。これは、有機キャッピング層１層の場合における発光効率の１．２４倍である。表２は有機キャッピング層１層の場合を比較例１として、赤色、緑色、青色の有機ＥＬ素子の効率、および各色を発光させて白色を表示する際の電流量を本実施形態と比較したものである。本実施形態は比較例１よりも短波長側での干渉が強いため、青色の有機ＥＬ素子の効率が上がり、白色を表示する際の各色の有機ＥＬ素子の合計の電流量は小さくなり、低消費電力が期待できる。
【００４２】
【表２】
2011055440.tif 000004
【００４３】
（実施形態２）
図１（ｃ）に、本実施形態に用いる表示装置の１つの有機ＥＬ素子についての断面図が示されている。実施形態１とは、光学調整層５の構成が異なっており、他の構成は同じである。本実施形態の光学調整層５は、光学調整層５は、第２の電極４に接する第１の光学調整層５１と、第１の光学調整層５１と接する第２の光学調整層５２とで構成され、第２の光学調整層５２は保護層６と接している。また、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２は、それぞれ共通の膜厚で複数の有機ＥＬ素子に渡って配置されている。また、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２とは互いに異なる屈折率を有している。また、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２との屈折率差に関して０．２以上あると好適である。また、第１の光学調整層５１の屈折率は１．５以下で、第２の光学調整層５２は１．５より大きいことが望ましい。これらの構成によって、光学調整層間、あるいは光学調整層と保護層との間で、より大きい反射率を有する反射面を構成するようできる。
【００４４】
また、本実施形態でも、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２の膜厚はそれぞれ、式６あるいは式６’、式３あるいは式３’を満たすように選ぶのがよい。そうすると、青色の有機ＥＬ素子の発光層で生じて保護層側に向かう光が、第２の電極４と第１の光学調整層５１の界面で反射される際の位相と、第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２の界面で反射される際の位相とがそろう。さらに、この位相と青色の有機ＥＬ素子の発光層で生じて保護層側に向かう光が、第２の光学調整層５２と保護層６との界面（第２の光学調整層５２の保護層側の界面）で反射される際の位相ともそろう。この結果、実施形態１でも述べたように、光学調整層全体の反射率が向上し、青色を発光する有機ＥＬ素子の発光効率が向上する。
【００４５】
本実施形態においても、最大ピーク波長４６０ｎｍの発光スペクトルを有する青色有機ＥＬ素子を用いて、その発光効率を高めるよう、第１の光学調整層５１の膜厚を調整する例を挙げる。表３に示すように、第２の光学調整層５２の膜厚は、ｍ２＝２で式３’を満たしている。
【００４６】
第１の光学調整層５１、第２の光学調整層５２の材料として、それぞれＭｇＦ２、ＴｉＯ２を用い、保護層６にはＳｉＮを用いる。なお、波長４６０ｎｍでの光学調整層、保護層の屈折率は表３に示されている。
【００４７】
本実施形態においては、φ１＝πであるため、式５を満たす、発光点から第１の光学調整層５１と第２の光学調整層５２の界面までの光学距離ｔ１は、約１１５ｎｍ、約３４５ｎｍであればよい。本実施形態では、実施形態１と同様に、発光点から第２の電極４と第１の光学調整層５１との界面までの光学距離を約１２２ｎｍとしているため、第１の光学調整層５１の光学距離は約−７ｎｍ、約２２３ｎｍが好適となる。本実施形態における第１の光学調整層５１の屈折率は１．４であるため、膜厚は約−５ｎｍ、約１７８ｎｍとなる。なお、第１の光学調整層５１の膜厚と発光効率の関係を図４（ｂ）に示すが、第１の光学調整層５１の膜厚が約１７０ｎｍで発光効率の極大値として４．０５ｃｄ／Ａが出ることがわかる。本実施形態も比較例１よりも、青色の有機ＥＬ素子の効率が上がり、白色を表示する際の各色の有機ＥＬ素子の合計の電流量は小さくなり、低消費電力が期待できる。
【００４８】
なお、式５から求めた第１の光学調整層５１の最適膜厚が１７８ｎｍであったのに対し、図４（ｂ）において１７０ｎｍで発光効率が極大値を持つのは、発光に分布があるためだと考えられる。また、第１の光学調整層５１が３０ｎｍ以下の薄い場合でも大きい発光効率が出ている。第１の光学調整層５１が３０ｎｍ以下の薄い箇所で発光効率が大きいのは、第１の光学調整層５１が−５ｎｍ近傍で極大値を持っているためと考えられる。しかし、光学調整層内での反射面の数を多くする上で、第１の光学調整５１は設けたほうがよく、その膜厚は１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが望ましい。１０ｎｍ以下の膜厚で第１の光学調整層５１を設ける場合には、その層は均一な層とはならず、膜厚にむらができてしまう。つまり、同じ色の素子間で光学調整層による発光効率向上の機能に差が生じてしまう。
【００４９】
【表３】
2011055440.tif 000005
【００５０】
ここで、本発明の青色を発光する有機ＥＬ素子について、発光効率の比較を行ったものが表４に示されている。比較例１は保護層と有機ＥＬ素子との間に有機キャッピング層を入れた場合であり、表５に示される構成である。比較例２は有機ＥＬ素子の第２の電極の直上部に保護層がある場合であり、表５に示される構成である。本発明により、青色の発光効率が上がるのは明らかである。なお、単位は［ｃｄ／Ａ］である。
【００５１】
【表４】
2011055440.tif 000006
【００５２】
【表５】
2011055440.tif 000007
【００５３】
【表６】
2011055440.tif 000008
【００５４】
実施形態１、２ではトップエミッションに関して記述したが、ボトムエミッションでも本発明は有効である。なお、ボトムエミッションでは光取り出し側に配置されるガラス基板が本発明における保護層に相当する。なお、実施形態１、２では保護層をＳｉＮとして記述したが、ＳｉＮに限定されること無く公知の保護層材料を使用することが出来る。
【００５５】
複数層からなる保護層の一部を光学調整層として利用することも本発明では有効である。
【符号の説明】
【００５６】
２  第１の電極
３  有機化合物層
４  第２の電極
６  保護層
５１  第１の光学調整層
５２  第２の光学調整層
【図１】
2011055440.tif 000009
【図２】
2011055440.tif 000010
【図３】
2011055440.tif 000011
【図４】
2011055440.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月6日(2010.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と発光層を有する有機化合物層と第２の電極とを順に有する複数の有機ＥＬ素子と、前記複数の有機ＥＬ素子を覆う保護層と、を有し、前記複数の有機ＥＬ素子は、青色を発光する有機ＥＬ素子と、緑色を発光する有機ＥＬ素子と、赤色を発光する有機ＥＬ素子とを含む表示装置であって、
前記第２の電極と前記保護層との間に、前記第２の電極に接する第１の光学調整層と、前記第１の光学調整層と接する第２の光学調整層とを有し、
前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層は、互いに異なる屈折率を有し、前記複数の有機ＥＬ素子に渡ってそれぞれ共通の膜厚で配置され、かつ、それぞれの膜厚は、前記青色の有機ＥＬ素子の発光層から発する光において、前記第２の電極と前記第１の光学調整層の界面で反射される際の位相と、前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層の界面で反射される際の位相と、前記第２の光学調整層の前記保護層側の界面で反射される際の位相とが同じになる膜厚であることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１の光学調整層の膜厚ｄ１は、前記青色を発光する有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長λ、前記最大ピーク波長λにおける前記第１の光学調整層の屈折率ｎ１、前記青色を発光する有機ＥＬ素子から取り出される光が前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量φ１、自然数ｍ１に対して、
（４ｍ１−２φ１／π−１）λ／（８ｎ１）＜ｄ１＜（４ｍ１−２φ１／π＋１）λ／（８ｎ１）
を満たし、前記第２の光学調整層の膜厚ｄ２は、前記最大ピーク波長λ、前記最大ピーク波長λにおける前記第２の光学調整層の屈折率ｎ２、自然数ｍ２に対して、
（４ｍ２−１）λ／（８ｎ２）＜ｄ２＜（４ｍ２＋１）λ／（８ｎ２）
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第２の電極は、膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の金属からなる電極であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第２の電極は、Ａｇを含むことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第２の光学調整層は、前記保護層と接し、前記第２の光学調整層の屈折率は、前記保護層の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記第２の光学調整層の屈折率と前記保護層の屈折率の差は１．０以上であることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１の光学調整層の屈折率は１．５以下であり、前記第２の光学調整層の屈折率は１．５より大きいことを特徴とする請求項５又は６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記第２の光学調整層と前記保護層とに接する第３の光学調整層を有し、前記第３の光学調整層は、前記第２の光学調整層とは屈折率が異なり、前記第３の光学調整層の膜厚ｄ３は、前記最大ピーク波長λ、前記最大ピーク波長λにおける前記第３の光学調整層の屈折率ｎ３、自然数ｍ３に対して、
（４ｍ３−１）λ／（８ｎ３）＜ｄ３＜（４ｍ３＋１）λ／（８ｎ３）
を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記第３の光学調整層の屈折率は、前記保護層よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第３の光学調整層の屈折率と前記保護層の屈折率との差は１．０以上であることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記第１の光学調整層の屈折率は１．５より大きく、前記第２の光学調整層の屈折率は１．５以下であり、前記第３の光学調整層の屈折率は１．５より大きいことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記第２の光学調整層の屈折率と前記第３の光学調整層の屈折率の差は、０．２以上であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記第１の光学調整層の屈折率と前記第２の光学調整層の屈折率の差は、０．２以上であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の表示装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月5日(2012.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と発光層と第２の電極とを備える複数の有機ＥＬ素子と、前記複数の有機ＥＬ素子を覆う保護層と、を有し、前記発光層が発する光は前記第２の電極から射出され、前記複数の有機ＥＬ素子は、青色を発光する有機ＥＬ素子と、緑色を発光する有機ＥＬ素子と、赤色を発光する有機ＥＬ素子と、を含む表示装置であって、
前記第２の電極と前記保護層との間に、前記第２の電極に接する第１の光学調整層と、前記第１の光学調整層と接する第２の光学調整層と、を有し、
前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層は、互いに異なる屈折率を有し、前記複数の有機ＥＬ素子に渡ってそれぞれ共通の厚さで配置され、かつ、それぞれの厚さは、前記青色の有機ＥＬ素子の発光層が発する光において、前記第２の電極と前記第１の光学調整層の界面で反射される際の位相と、前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層の界面で反射される際の位相と、前記第２の光学調整層の前記保護層側の界面で反射される際の位相と、が同じになる厚さであることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１の光学調整層の厚さｄ１は、前記青色を発光する有機ＥＬ素子から射出される光のスペクトルの最大ピーク波長λ、前記最大ピーク波長λにおける前記第１の光学調整層の屈折率ｎ１、前記青色を発光する有機ＥＬ素子から射出される光が前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層との界面で反射される際の位相シフト量φ１、自然数ｍ１に対して、
（４ｍ１−２φ１／π−１）λ／（８ｎ１）＜ｄ１＜（４ｍ１−２φ１／π＋１）λ／（８ｎ１）
を満たし、
前記第２の光学調整層の厚さｄ２は、前記最大ピーク波長λ、前記最大ピーク波長λにおける前記第２の光学調整層の屈折率ｎ２、自然数ｍ２に対して、
（４ｍ２−１）λ／（８ｎ２）＜ｄ２＜（４ｍ２＋１）λ／（８ｎ２）
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第２の電極は、金属からなる電極であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第２の電極の厚さは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第２の電極は、Ａｇを含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記第２の光学調整層は、前記保護層と接し、
前記第２の光学調整層の屈折率は、前記保護層の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記第２の光学調整層の屈折率と前記保護層の屈折率の差は、１．０以上であることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記第１の光学調整層の屈折率は、１．５以下であり、
前記第２の光学調整層の屈折率は、１．５より大きいことを特徴とする請求項６又は７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記第２の光学調整層と前記保護層とに接する第３の光学調整層を有し、
前記第３の光学調整層は、前記第２の光学調整層とは屈折率が異なり、
前記第３の光学調整層の厚さｄ３は、前記最大ピーク波長λ、前記最大ピーク波長λにおける前記第３の光学調整層の屈折率ｎ３、自然数ｍ３に対して、
（４ｍ３−１）λ／（８ｎ３）＜ｄ３＜（４ｍ３＋１）λ／（８ｎ３）
を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第３の光学調整層の屈折率は、前記保護層よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記第３の光学調整層の屈折率と前記保護層の屈折率との差は、１．０以上であることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記第１の光学調整層の屈折率は、１．５より大きく、
前記第２の光学調整層の屈折率は、１．５以下であり、
前記第３の光学調整層の屈折率は１．５より大きいことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記第２の光学調整層の屈折率と前記第３の光学調整層の屈折率の差は、０．２以上であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記第１の光学調整層の屈折率と前記第２の光学調整層の屈折率の差は、０．２以上であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１５】
第１の電極と発光層と第２の電極とを備える複数の有機ＥＬ素子と、前記複数の有機ＥＬ素子を覆う保護層と、を有し、前記発光層が発する光は前記第２の電極から射出され、前記複数の有機ＥＬ素子は、青色を発光する有機ＥＬ素子と、緑色を発光する有機ＥＬ素子と、赤色を発光する有機ＥＬ素子とを含む表示装置であって、
前記第２の電極と前記保護層との間に、前記第２の電極に接する第１の光学調整層と、前記第１の光学調整層と接する第２の光学調整層とを有し、
前記第１の光学調整層と前記第２の光学調整層は、互いに異なる屈折率を有し、前記複数の有機ＥＬ素子に渡ってそれぞれ共通の厚さで配置され、かつ、それぞれの厚さは、前記青色の有機ＥＬ素子の発光層が発する光を強める厚さであることを特徴とする表示装置。
【国際調査報告】
2011055440.tif 000013
2011055440.tif 000014
2011055440.tif 000015
2011055440.tif 000016